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微观世界的生产流水线

撰稿: 发布时间:2019-12-11

bet9九州登陆平台 www.lovemybellymaternity.com   胡萝卜中富含胡萝卜素,在人体内能够转化成维生素A,能够在一定程度上保护视力。玫瑰系的香味是很多女孩的最爱,也是很多甜品爱好者的选择,玫瑰系香精中的主要香味成分则是香叶醇。

  这些在生活中极其重要的化合物虽然看起来毫不相干,但实际上都属于同一类物质——萜类。萜类是广泛存在于植物体内的一种碳氢化合物,大多具有香味,可以参与并调节植物的生长,同时也在食品、医药、化妆品等行业有诸多的应用,大部分的萜类具有挥发性,也因此较易从植物中进行提取。

胡萝卜素(左),香叶醇(右)

  萜类在体内通过整数个异戊二烯衍生生成,因此其分子量是异戊二烯的整数倍,萜类通过参与合成的异戊二烯单元的个数进行分类,一个异戊二烯称为半萜,两个异戊二烯称为单萜,三个称为倍半萜,以此类推。虽然如此,异戊二烯并不直接参与萜类的合成,它会在体内被焦磷酸化形成活性的形式也就是异戊烯基二磷酸(IPP, isopentenyl pyrophosphate)和二甲丙烯二磷酸(DMAPP, dimethylallyl pyrophosphate),生物体内通过甲羟戊酸途径(MVA途径)合成IPP,然后借助下游酶的帮助向下继续合成,生成萜类物质。

异戊二烯

  但随着社会的需求量日益增大,从天然产品中获取的萜类越来越不能够满足人们的需要,合成生物学成为生产萜类的一个新型办法。

  合成生物学是建立在基因工程基础上的一门学科,它通过构建人工的生物系统,完成人们的目的。它可以将细菌、真菌乃至动植物细胞改造成为细胞工厂,使其能够合成所需的产物。

  就如同建造真正的工厂一样,建造一个细胞工厂也需要构建一条完整的流水线,这条流水线以细胞内的某种代谢中间物或产物,或者是人为添加的某种底物为原料,经过一系列的酶促反应,生成最终的产品。

大肠杆菌工程菌生产香叶醇的代谢流程

  以香叶醇的合成为例,工程菌大肠杆菌利用自身的有氧呼吸途径,将葡萄糖代谢为乙酰辅酶A(A-CoA),然后再通过MVA途径转化为甲羟戊酸,甲羟戊酸再经过五个酶的作用形成香叶醇的前体GPP,最后在GES的作用下合成最终产物香叶醇。通过分子生物学技术将表达这些酶的外源基因连接到一个载体上,然后将这个载体转化进入大肠杆菌的感受态细胞中,并使用抗生素筛选,这就完成了细胞工厂的构建。

  中科院青岛能源所生物基材料组群通过表达甲羟戊酸途径,以及GPPS2、GES这些合成过程中的关键酶,使摇瓶中香叶醇的产量达到68.63 mg/L,并且通过建立水-有机两相发酵体系获得了2 g/L的香叶醇。通过这样的细胞工厂,就可以低成本、高效率并且连续地进行香叶醇的生产。

  合成生物学的方法已经越来越多地被应用于各种化合物的生产。它被认为是一种绿色且高效的生产技术,在萜类生产领域越来越受到重视。

  (文章来源:中国科学院青岛生物能源与过程研究所)